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Die Grenzen der Batterietechnologie

Batterien sind die Schlüsseltechnologie vollelektrischer Antriebe und der wesentliche Bestandteil hybrid-elektrischer Leistungs- und Antriebssysteme. Zentrale Aspekte für Anwendungen an Bord eines Flugzeugs sind jedoch neben der Sicherheit auch ihre Leistungs- und Massencharakteristiken. Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit auf Zell- und Batterieebene funktionieren, was sich im relativ zuverlässigen Betrieb mobiler und stationärer Anwendungen zeigt. Generell sind elektrische Fahr- und Flugzeuge effizienter und benötigen weniger Energie pro zurückgelegter Strecke, bieten jedoch nicht die Reichweite und Nutzlast-Möglichkeiten von verbrennungsbasierten Antrieben. Folglich stellt sich die alles beherrschende Frage nach den Entwicklungsgrenzen der Batterietechnologie und den realistischen Zielen, die für das zukünftige elektrische Fliegen bezüglich Flugzeuggröße und Reichweite gesetzt werden.

Prognostizierte mittelfristige theoretische spezifische Energien liegen zwischen 200 und 250 Wh/kg für ein Lithium-Batteriesystem einschließlich Gehäuse und Batteriemanagement. Aktuelle Entwicklungen der Lithium-Batterie zeigen realistische spezifische Energien von 350 bis 500 Wh/kg auf Zellebene, das 1,5- bis 2-Fache der heutigen Zelltechnologie. Höhere spezifische Energien könnten mit neuen Elektrolyten erzielt werden. Nichtsdestoweniger wird sich die Zunahme der spezifischen Energie nicht kontinuierlich fortsetzen, sondern reduzieren, obwohl sie sich zwischen 1994 und 2010 um circa 7 % pro Jahr erhöht hat.

Zukünftige Machbarkeitsstudien von Batterien in voll- oder hybrid-elektrischen Leistungssystemen sollten sich auf die Identifizierung geeigneter Anwendungen und Synergieeffekte fokussieren, unter Berücksichtigung der zukünftig eingeschränkten Technologie-Aussichten von Batterien.

  • Vergleich und Ausblick: Spezifische Energien heutiger Batterien mit verschiedenen Elektrodenmaterialien und realistisches mittelfristiges Entwicklungspotenzial zukünftiger Batterien auf Zellebene, skaliert auf den Stand der Technik 2012Vergleich und Ausblick: Spezifische Energien heutiger Batterien mit verschiedenen Elektrodenmaterialien und realistisches mittelfristiges Entwicklungspotenzial zukünftiger Batterien auf Zellebene, skaliert auf den Stand der Technik 2012
  • Vergangenheit und Zukunft: Historische Entwicklung der spezifischen Energie von 18650-Standardzellen und ihr zukünftiges Entwicklungspotenzial, bezogen auf heute untersuchte Elektrodenmaterialien, skaliert auf den Stand der Technik 2012Vergangenheit und Zukunft: Historische Entwicklung der spezifischen Energie von 18650-Standardzellen und ihr zukünftiges Entwicklungspotenzial, bezogen auf heute untersuchte Elektrodenmaterialien, skaliert auf den Stand der Technik 2012